Raspberry Pi Zero 2 W: Ein erfreuliches und notwendiges Update
Raspberry Pi Zero 2 W im Video auf Elektor TV! Und neu im Elektor Store.
Der Raspberry Pi Zero W (Bild 1) hat als kleines, nur etwa 10 Euro teures Board in vielen Anwendungen (wie Audioplayer, Kameras oder einfache Steuerungen) seinen Dienst verrichtet. Mit seiner Einführung im Jahr 2017, zum fünften Geburtstag des Raspberry Pi, bekam man einen kleinen Linux-fähigen Rechner, auf Basis des SiP aus dem Raspberry Pi 1. Der nun 10 Jahre alte ARM11-Kern ist inzwischen alles andere als zeitgemäß, und so praktisch Preis und Formfaktor auch sein mögen, der Wunsch der Anwender nach mehr Leistung ist gegeben.
Ob es eine verfrühte Überraschung zum 10-jährigen Geburtstag des Raspberry Pi ist oder eine stark verspätete zum neunten, muss jeder selbst entscheiden, aber der Raspberry Pi Zero 2 W (Bild 2) ist jetzt da. Elektor hatte bereits Gelegenheit, vorab erste Erfahrungen mit dem Board zu sammeln. Eine Vorstellung des Raspberry Pi Zero 2 W finden Sie auf unserem Elektor TV-Kanal auf YouTube.
Drop-in Replacement
Die gute Nachricht vorweg: Am Layout der Anschlüsse hat sich nichts geändert. Bild 3 zeigt einen Raspberry Pi Zero W und einen Raspberry Pi Zero 2 W, Seite an Seite. Alles Zubehör und alle Gehäuse können ohne Sorge weiterverwendet werden. Wie vom Raspberry Pi Zero gewohnt, stehen auch hier zwei Micro-USB-Anschlüsse, der gewohnte 40-Pin-Verbinder und ein Mini-HDMI-Ausgang bereit.
Bei einem der beiden USB-Anschlüsse handelt es sich auch hier wieder um einen USB-OTG-Port, an den sich per Adapter USB-Zubehör anschließen lässt - oder mit dem der Raspberry Pi Zero 2 selbst zum USB-Gerät werden kann. Zum Booten wird wie gewohnt eine Micro-SD-Karte verwendet, bei der (wie immer) gilt, dass eine höhere Lesegeschwindigkeit die Bedienung des Raspberry Pi Zero 2 W flüssiger macht. Bild 4 zeigt die Unterseite des Raspberry Pi Zero 2 W, auf der sich keine Komponenten befinden.
In Bild 5 ist die Oberseite des Raspberry Pi Zero 2 W zu sehen, auf der besonders das SiP mit der Beschriftung RP3A0-AU auffällt. Während frühere Modelle alle einen Chip mit der Bezeichnung 'BCM' hatten, erinnert diese eher an den RP2040 des Raspberry Pi Pico. So stellt sich die Frage, was ist das für ein Chip und welche Spezifikationen hat der Raspberry Pi Zero 2 W?
Der RP3A0-AU SiP
Wenn man den Namen 'RP3A0' auseinandernimmt, so erhält man „RP” für Raspberry Pi, die '3' gibt die SiP-Generation an, die in dem Chip verbaut ist, also vom Kern her ein Raspberry Pi 3. Die genauen Spezifikationen können der Tabelle 1 entnommen werden: Es handelt sich, vereinfacht gesagt, um einen Raspberry Pi 3 A+ im Formfaktor eines Raspberry Pi Zero. Wer auf einen Raspberry-Pi-4-basierten Zero gehofft hat, sollte bedenken, dass auch im Raspberry Pi Zero W ein Chip verwendet wurde, der schon etwa fünf Jahre im Feld war. Setzt sich dieser Trend fort, dürften wir frühestens 2026 mit dem Einzug des BCM2711 aus dem Raspberry Pi 4 rechnen.
Der Raspberry Pi 3A+ basiert auf einem BCM2837B0 mit einem maximalem Takt von 1,4 GHz. Beim RP3A0 ist dies ein BCM2837A0, der nur mit 1,0 GHz taktet, was dem Energiebedarf und der Wärmeentwicklung zugutekommt. Weitere Optimierungen des Energiebedarfs für das Raspberry-Pi-3-basierte System sind noch zu erwarten, wie uns Eben Upton in einem Interview [1] verraten hat. Der Einsatz eines SiPs aus der Serie des Raspberry Pi 3 bedeutet, dass auf eine stabile und breite Softwarebasis zurückgegriffen werden kann. SD-Karten-Images für den Raspberry Pi 3 booten ohne weitere Anpassungen.
Eine der ersten Fragen, die zu klären sind: Wie hat sich die Leistungsaufnahme verändert? Kann ich meine bisherigen Spannungsversorgungen weiter benutzen? Welche neuen Möglichkeiten habe ich und wie schaut es mit der Performance aus?
Klein und weniger Energiehunger
Durch den minimalistischen Ansatz und die Verwendung von optimierten und lange erprobten Chips zeichnet sich die Raspberry-Pi-Zero-Serie durch einen minimierten Energieverbrauch aus. Beim Raspberry Pi Zero 2 W liegt dieser mit aktivem HDMI-Ausgang und aktiver WLAN-Verbindung bei etwa 2,5 W maximal; das Board kann damit sogar aus einem USB-Port eines Computers gespeist werden. Im Idle-Modus, also bei ruhendem Desktop, sind es aktuell etwa 0,7 W, wobei dies sicherlich noch nicht das untere Ende des Energiebedarfs sein sollte. Ein Raspberry Pi 3B+ zum Vergleich benötigt im Idle-Modus etwa 2 W, also deutlich mehr; unter Last erreicht der Raspberry Pi 3B+ rund 4,4 W bei 1,4 GHz Taktfrequenz.
Die kompakte Baugröße ermöglicht es, den Raspberry Pi Zero in den unterschiedlichsten Applikationen einzusetzen, vom Webradio bis hin zur mobilen Spielekonsole oder zur Automatisierung. Auch als Server für Homeassistant macht sich der neue Raspberry Pi Zero 2 W bestens, durch seinen geringeren Energiebedarf belastet er die Umwelt weniger als die größeren Modelle.
2,4-GHz-WLAN und Bluetooth
Der Raspberry Pi Zero 2 W unterstützt 2,4-GHz-WLAN nach 802.11 b/g/n. Auch Bluetooth und BLE stehen beim Raspberry Pi Zero 2 W aktuell in Version 4.2 bereit. WiFi im 5-GHz-Band bleibt damit den größeren Geschwistern wie dem Raspberry Pi 4 B oder Raspberry Pi 3 B+ vorbehalten.
Erster Boot
Beim Raspberry Pi Zero W waren die Bootzeiten von bis zu mehreren Minuten nicht wirklich erfreulich. Mit dem Raspberry Pi Zero 2 W und einem aktuellen Raspberry Pi OS (32 Bit) erhält man ohne Optimierungen nach 30 Sekunden den Desktop und kann wie gewohnt mit einem Raspberry Pi 3 arbeiten. Wer einen Raspberry Pi Zero verwendet, wird sicherlich schon einen der OTG-Adapter (Bild 6) besitzen, um Maus und Tastatur anschließen zu können. Die vier Kerne sorgen hier für eine merkliche Geschwindigkeitssteigerung, auch wenn gegenüber dem Raspberry Pi 3B+ 400 MHz weniger Maximaltakt verfügbar sind.
Auch die 512 MB RAM bieten noch genug Platz für einige Services, der Raspberry Pi Zero 2 W ist jedoch kein vollwertiger Desktop-Ersatz. Das Öffnen von Webseiten mit 512 MB Ram ist nicht wirklich als schnell zu bezeichnen. Ein Raspberry Pi 4B oder Raspberry Pi 400 bieten deutlich mehr Rechenleistung; die Stärken des Raspberry Pi Zero 2 W liegen in anderen Bereichen.
Ein erfreuliches und notwendiges Update
Der Raspberry Pi Zero 2 W ist ein erfreuliches Update der Zero-Familie. Mit der Wahl des SiPs des Raspberry Pi 3 steht eine bewährte Plattform mit guter Softwareunterstützung auf kleinen Bauraum parat.
Ein Raspberry Pi 3 SiP in einem Zero-Formfaktor eröffnet neue Möglichkeiten, sei es in der Automatisierung, beim Retrogaming oder als kleiner energiesparender Mediaplayer. Auch für andere Projekte erhält man eine günstige Basis, wenn ein Raspberry Pi 4 zu teuer und zu energiehungrig ist.
Projektidee: WLAN-Kamera mit Bewegungserkennung
Raspberry Pi Zero Boards wurden schon immer als WLAN-Kamera eingesetzt. Das funktionierte, aber vor allem in Verbindung mit Bewegungserkennung eher mäßig. Die Bootzeit war lang, und bei der Bewegungserkennung kam die CPU schnell an ihre Grenzen. Auch ein Livestream von der Kamera war nicht immer eine erfreuliche Angelegenheit, die Rechenleistung war dann doch überschaubar und die Bitrate des Streams leider auch. An vielen Stellen haben dann ältere und klobigere Raspberry-Pi-2-basierte Systeme die Aufgabe übernommen.
Mit dem Raspberry Pi Zero 2 W gibt es nun wieder eine gute Basis für solche WLAN-basierten Webcams, die genug Rechenleistung bieten, um eine Webcam mit Bewegungserkennung aufzubauen und einen passenden Livestream zu generieren. Durch die Größe ist ein kompakter Aufbau möglich.
Projektidee: USB-Druck und Scanserver
Mit dem USB-Port des Raspberry Pi lässt sich auch ein älterer Drucker wieder fit für das Netzwerk machen, und das dann sogar kabellos. Je nach Hersteller und Modell kann es ein wenig Konfigurationsarbeit erfordern, doch der Drucker kann im eigenen Netzwerk mit reduzierten Sicherheitslücken weiterbetrieben werden. Das gilt sogar für Scanner und Drucker, die unter aktuellen Windows- oder MacOS-Versionen nicht mehr einsetzbar sind [2].CUPS und SANE sind hier die klassischen Vertreter für den Druck und das Scannen unter Linux. In Verbindung mit Samba lässt sich eine Drucker-Freigabe einrichten. SANEWinDS ermöglicht es Windows-Clients, auf einen Scanner über das Netzwerk zuzugreifen, so das mehrere Rechner sich den Scanner teilen können.
Auch der Raspberry Pi Zero 2 W selbst kann als Scanner eingesetzt werden - mit den GPIOs und ein paar Skripts lassen sich so auch komplexere Dokumentenverarbeitungen realisieren.
Projektidee: Mediaplayer
Der Raspberry Pi Zero 2 W eignet sich bestens als kleiner Mediaplayer. Vor allem in Verbindung mit dem IQaudio Codec Zero wird aus ihm ein kleines Streaming-Gerät für Audio. Distributionen wie Volumio lassen sich einfach nutzen. Alles wird bestens unterstützt, da es sich im Kern um einen Raspberry Pi 3 handelt. Auch lässt sich der MPD (Music Playing Deamon) auf dem Raspberry Pi Zero 2 W installieren und mit einem der diversen Frontends auf verschiedenen Geräten bedienen. Der Einsatz als WLAN-Stick mit Kodi stellt ebenfalls kein Problem dar.
Projektidee: Debugger für RP2040 und andere MCUs
Etwas, das die Dokumentation der Raspberry Pi Fundation etwas stiefmütterlich behandelt, ist die Option, einen Raspberry Pi als netzwerkfähigen Debugger einzusetzen. Während der Arbeit an den Artikeln zum Release des Raspberry Pi Pico haben wir schon erste Experimente mit einem Raspberry Pi Zero als WLAN-Debugger durchgeführt. Die Einrichtung erfordert zwar etwas Handarbeit und Anpassen der Konfiguration, das Ergebnis ist aber ein günstiger WLAN-fähiger Debugger, der nicht nur auf den Raspberry Pi Pico beschränkt ist, sondern eine breite Palette an Cortex-M-MCUs debuggen kann.
